Нобелевская премия по физике за 2016 год была вручена за исследование вещества в необычных состояниях. Лауреатами премии названы физики Дэвид Таулесc из Университета Вашингтона, Данкан Халдейн из Принстона и Майкл Костерлиц из Университета Брауна, внесшие весомый вклад в развитие науки о топологических фазовых переходах. Все трое являются британцами по происхождению, но работают в США.
В сообщении комитета отмечается, что указанные ученые разработали продвинутые математические методы для описания необычных фаз и свойств материи, таких как сверхпроводники, сверхтекучие жидкости и магнитные пленки.
Работы ученых сделали возможным нынешние поиски необычных фаз вещества, которые ведут многие исследователи в мире.
Исследование найдет применение в электронике и естественных науках.
Топология — это раздел математики, который описывает свойства пространства, меняющиеся скачкообразно. Используя топологические методы как инструмент, исследователям удалось получить математическое описание скачкообразно меняющихся параметров в веществе.
В начале 1970-х Майкл Костерлиц и Дэвид Таулесс опровергли существующие на тот момент теории сверхпроводимости и сверхтекучести, которые утверждали, что эти явления могут происходить только в тонких слоях. Они показали, что сверхпроводимость возникает при низких температурах, и дали точное объяснение этому механизму на основе фазовых переходов.
Именно из-за этого перехода, как выяснилось, явление пропадает при более высоких температурах.
В 1980 году Таулесс объяснил предыдущий эксперимент с очень тонкими проводящими слоями, проводимость в которых менялась скачкообразно. Он показал, что эти дискретные значения хорошо описываются топологическими методами. В то же время Данкан Халдейн открыл, как топологические методы могут использоваться для понимания свойств малых магнитных цепей, обнаруженных в некоторых материалах.
Сегодня топологическое описание фазовых переходов используется не только в случае тонкого слоя, но и для обычных трехмерных материалов. За последнее десятилетие эта область была расширена многочисленными исследованиями, не в последнюю очередь потому, что топологические материалы могут быть использованы в сверхпроводниках, электронике нового поколения и квантовых компьютерах.
Ранее вероятными претендентами на получение премии по физике в этом году назывались создатели международной коллаборации LIGO,
благодаря которым были пойманы первые гравитационные волны.
«У Костерлица довольно старые, но очень известные работы, он был одним из тех, кто показал, что в системах типа двумерных сверхпроводников фазовые переходы имеют очень специфический характер и действительно связаны с топологическими особенностями, вихрями, которые рождаются парами вихрь–антивихрь, — рассказал Рубцов. — Речь идет о завихрениях параметра порядка (термодинамическая величина, характеризующая дальний порядок в среде. — «Газета.Ru») — там говорится о статистике процесса, однако это тот самый случай, когда все сделал русский. Все это описал Вадим Березинский, но написал он жутко непонятную статью».
По словам ученого, Костерлиц и Таулесс, прочитав перевод статьи советского ученого в журнале ЖЭТФ, объяснили этот процесс более понятным способом.
«Этот переход стал называться переходом Березинского — Костерлица — Таулесса. Бесспорно, в этой Нобелевской премии есть русский след, как и вообще в современной топологии, — пояснил профессор МГУ. — В вопросах фазовых переходов долгое время доминировала концепция Ландау, которая правильная и никуда не делась. Она гласит, что характеристика фазового перехода — это величина параметра порядка, которая обращается в ноль по одну сторону от фазового перехода и не равна нулю по другую сторону. Затем концепция сменилась, и стали говорить о возникновении топологических особенностей».
Вадим Березинский (1935–1980) работал в Институте теоретической физики им. Л.Д. Ландау АН СССР. Он известен работами в области гидродинамики, физики твердого тела, физики элементарных частиц и гравитации.
Наиболее важные его работы относятся к теории фазовых переходов в двумерных системах и теории локализации в неупорядоченных одномерных проводниках. Им был предсказан ряд необычных физических свойств двумерных систем. Березинский впервые показал, что тонкая (порядка нескольких ангстрем) пленка жидкого гелия при низких температурах обладает свойством сверхтекучести.
